JP2010099982A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費を抑制しつつ、流体を正確に噴射可能とする。
【解決手段】駆動素子に印加する駆動電圧波形を、印加する電圧の目標値に対して所定以上の精度が要求される目標波形部分と、それ以外の通常波形部分とから構成された状態で記憶しておく。そして、互いに電圧値が異なる複数の電源を切り替えながら駆動素子に接続することで駆動電圧波形を印加すると共に、駆動電圧波形の目標波形部分では、電源の電圧値を目標の電圧値に対して精度良く制御した状態で電圧を印加する。駆動素子の動作は、初めから終わりまで全てが流体滴のサイズ等に影響するわけではないので、影響が大きい部分に目標波形部分を設定しておけば、その部分では電圧波形を正確に印加して駆動素子を正確に制御することが可能となり、なお且つ、他の部分では電源を切り替えて接続することによって電力消費を抑制することが可能となる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、噴射ヘッドから流体を噴射する技術に関する。

印刷媒体上にインクを噴射して画像を印刷するプリンタ（いわゆるインクジェットプリンタ）は、高品質の画像を簡便に印刷可能であることから、今日では、画像の出力手段として広く使用されている。また、この技術を応用して、インクの代わりに、適切な成分に調製した各種の流体（例えば、機能材料の微粒子が分散された液体や、ジェルなどの半流動体など）を基板上に噴射すれば、電極や、センサ、バイオチップなど、各種の精密な部品を簡便に製造することも可能と考えられる。

このような技術では、正確な分量の流体を正確な位置に噴射することが可能なように、微細な噴射口が設けられた専用の噴射ヘッドが用いられている。噴射ヘッドには、噴射口に接続された駆動素子（例えば、ピエゾ素子）が備えられており、駆動素子に電圧波形を印加することによって、噴射口から流体を噴射する。噴射口から噴射する流体の量や形状（例えば、流体滴のサイズ）などは、駆動素子に印加する駆動電圧波形を制御することによって変更することが可能である。

また、駆動電圧波形を生成するためにトランジスタ等の増幅素子を用いると、増幅素子での損失（例えば、トランジスタのコレクタ損失）によって電力を消費してまったり、電力の消費により発生した熱を逃がすための放熱板などが必要となって装置が大型化してしまう等の不都合が生じる。そこで、複数のコンデンサに互いに異なる電圧値の電圧を蓄積しておき、これらのコンデンサを適時切り替えて電圧を変化させることによって、増幅素子を用いることなく駆動電圧波形を生成する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００３−２８５４４１号公報

しかし、提案されている技術では、電力効率が高い反面で、正確な駆動電圧波形を生成することが難しいという問題があった。すなわち、コンデンサを切り替えることによって電力効率を高めている関係上、駆動電圧波形は階段状に変化する波形とならざるを得ず、正確な波形を生成することが困難である。とはいえ、トランジスタ等の増幅素子を用いて駆動電圧波形を生成したのでは、増幅素子で電力を消費してしまうので、電力効率が低下してしまう。こうした問題は、インクジェットプリンタに限らず、駆動電圧波形を印加して素子を駆動する種々の装置についても生じ得る。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、電力消費を抑制しつつ、適切な駆動電圧波形を出力して駆動素子を正確に制御可能とする技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の流体噴射装置は次の構成を採用した。すなわち、
噴射口から流体を噴射する流体噴射装置であって、
印加される電圧に応じて前記流体を加圧することにより、前記噴射口から該流体を噴射させる駆動素子と、
前記駆動素子に印加する駆動電圧波形を記憶している駆動電圧波形記憶手段と、
互いに異なる電圧値の電力を出力する複数の電源を切り替えて前記駆動素子に接続することにより、該駆動素子に前記駆動電圧波形を印加する駆動電圧波形印加手段と
を備え、
前記駆動電圧波形は、電圧値を目標電圧値に対して所定の精度内に制御すべき目標波形部分と、それ以外の通常波形部分とから構成されており、
前記駆動電圧波形印加手段は、前記目標波形部分では、前記電源の発生する電圧値を前記目標電圧値に対して前記所定精度内に制御した状態で前記駆動素子に接続する手段であることを要旨とする。

かかる本発明の流体噴射装置では、駆動素子に印加する駆動電圧波形を記憶しているが、この駆動電圧波形には、印加電圧の目標値に対して所定以上の精度が要求される目標波形部分が設定されている。そして、互いに電圧値が異なる複数の電源を切り替えながら駆動素子に接続することで駆動電圧波形を印加していくが、駆動電圧波形の目標波形部分では、電源の電圧値を目標の電圧値に対して所定精度内に制御した状態で駆動素子に印加する。

駆動素子を駆動させて流体を噴射させる場合、駆動素子の動作を精度良く制御することが好ましいと考えられるが、実際には、駆動素子の動作の初めから終わりまでの全ての動作が流体滴のサイズ等に影響するわけではなく、サイズ等に大きく影響する箇所もあれば、さほど影響しない箇所もある。このことは、駆動素子を駆動させる駆動電圧波形についても、高い精度が要求される部分と、精度がそれほど要求されない部分とがあることを示している。こうした点に着目して、本発明の流体噴射装置では、駆動電圧波形の中で精度が要求される部分を目標波形部分として目標電圧値を設定しておき、その部分の電圧を印加する際には、電源が出力した電圧値を目標電圧値に対して所定の精度内に制御した状態で駆動素子に接続することで、精度の高い電圧波形を印加する。一方、精度が要求されない他の部分では、電源を切り替えて駆動素子に接続することによって、階段状に変化する電圧波形を印加する。こうすれば、階段状の電圧波形によって電力消費を抑制しつつも、精度が要求される部分では電圧波形を正確に印加することができるので、電力消費を抑制可能としながら、なお且つ、駆動素子を正確に制御することが可能となる。

また、上述した本発明の流体噴射装置では、駆動電圧波形の電圧値が極大値となる箇所あるいは極小値となる箇所に目標波形部分を設けておくものとしてもよい。

電圧値が極大値や極小値となる箇所は、駆動素子の動作量が極大あるいは極小となる部分に対応するので、噴射する流体滴のサイズ等に大きな影響を与える。そこで、これらの部分を目標波形部分としておけば、こうした部分で駆動素子を正確に制御して流体を適切に噴射することが可能となる。

また、上述した本発明の流体噴射装置では、電源と駆動素子との間の電気抵抗を制御することにより、目標電圧値に対して所定の精度内に制御した電圧を駆動素子に印加するものとしてもよい。

電気回路には、回路全体の静電容量や誘導係数によって定まる種々の特性（例えば、周波数特性や時定数）があるが、電気抵抗が変わっても、これらの特性が大きく影響を受けることはない。このため、電気抵抗を制御することによって電圧を所定の精度内に制御すれば、回路の特性を乱すことなく電圧波形を印加できるので、電圧波形に歪が生じる等の危惧を回避して電圧波形を精度良く印加することが可能となる。また、電気抵抗は、電界効果トランジスタ等を用いて比較的容易に制御することができるので、こうした素子を用いることによって、装置構成をより簡素化することも可能となる。

また、上述した本発明の流体噴射装置では、電気エネルギーを蓄積可能な素子を駆動素子として用いるものとしてもよい。例えば、ピエゾ素子などの容量性の素子を用いれば、電荷を保持することによって電気エネルギーを蓄積可能であるし、また、コイルなどの誘導性の素子を用いれば、素子の内部に生じる磁場によって電気エネルギーを蓄積可能なので、これらの素子を駆動素子として用いればよい。そして、蓄電部を電源と並列に接続しておくことによって、駆動素子を電源に接続した際に、駆動素子の電気エネルギーを蓄電部へと回生させるものとしてもよい。

駆動素子に供給した電気エネルギーを蓄電部に回生させておけば、電源を再び駆動素子に接続する際に、回生させておいた電気エネルギーを再び駆動素子に供給することができるので、電源から新たに供給する電気エネルギーを少なくすることが可能となる。これにより、電力消費をより抑制することが可能となる。

尚、蓄電部は、電気エネルギーを蓄積可能であれば、どのような素子を用いてもよく、例えば、二次電池などの化学的手段によって電気エネルギーを蓄積する素子を用いてもよいし、あるいは、コンデンサなどの電磁気学的手段によって電気エネルギーを蓄積する素子を用いてもよい。何れの素子を用いた場合でも、駆動素子に供給した電気エネルギーをその素子に回生させて再び利用することができるので、電力消費をより抑制することが可能となる。

また、本発明は、駆動電圧波形には精度が要求される部分と要求されない部分があるという性質に基づいて、電力消費を抑制しつつ駆動素子を正確に制御可能としている。こうした点に鑑みれば、本発明は、流体噴射装置に限られず、駆動素子を用いる種々の装置に適用することが可能である。従って、本発明は、駆動素子を駆動させる駆動回路として把握することも可能である。すなわち、
駆動電圧波形を駆動素子に印加する駆動回路であって、
前記駆動素子に印加する駆動電圧波形を記憶している駆動電圧波形記憶手段と、
互いに異なる電圧値の電力を出力する複数の電源を切り替えて前記駆動素子に接続することにより、該駆動素子に前記駆動電圧波形を印加する駆動電圧波形印加手段と
を備え、
前記駆動電圧波形は、電圧値を目標電圧値に対して所定の精度内に制御すべき目標波形部分と、それ以外の通常波形部分とから構成されており、
前記駆動電圧波形印加手段は、前記目標波形部分では、前記電源の発生する電圧値を前記目標電圧値に対して前記所定精度内に制御した状態で前記駆動素子に接続する手段であることを要旨とする駆動回路として把握することが可能である。

このような態様として把握される本発明の駆動回路においても、駆動素子に印加する駆動電圧波形を記憶しており、この駆動電圧波形は、印加する電圧の目標値に対して所定以上の精度が要求される目標波形部分と、それ以外の通常波形部分とから構成されている。そして、互いに電圧値が異なる複数の電源を切り替えながら駆動素子に接続することで駆動電圧波形を印加するとともに、駆動電圧波形の目標波形部分では、電源の電圧値を目標の電圧値に対して所定精度以内に制御した状態で電圧を印加する。

こうすれば、電源を切り替えながら接続することによって電力消費を抑制しつつ、精度が要求される目標波形部分では、駆動電圧波形を精度良く印加することができるので、電力消費を抑制可能としながら、なお且つ、駆動素子を正確に制御することが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．駆動電圧波形生成回路の構成：
Ｃ．駆動電圧波形印加処理：
Ｄ．第２実施例の駆動電圧波形生成回路：
Ｅ．第３実施例の駆動電圧波形生成回路：

Ａ．装置構成 ：
図１は、いわゆるインクジェットプリンタを例に用いて本実施例の流体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。図示されているように、インクジェットプリンタ１０は、主走査方向に往復動しながら印刷媒体２上にインクドットを形成するキャリッジ２０と、キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０と、印刷媒体２の紙送りを行うためのプラテンローラ４０などから構成されている。キャリッジ２０には、インクを収容したインクカートリッジ２６や、インクカートリッジ２６が装着されるキャリッジケース２２、キャリッジケース２２の底面側（印刷媒体２に向いた側）に搭載されてインクを噴射する噴射ヘッド２４などが設けられており、インクカートリッジ２６内のインクを噴射ヘッド２４に導いて、噴射ヘッド２４から印刷媒体２に向かって正確な分量のインクを噴射することが可能となっている。

キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０は、主走査方向に延設されたガイドレール３８と、内側に複数の歯形が形成されたタイミングベルト３２と、タイミングベルト３２の歯形と噛み合う駆動プーリ３４と、駆動プーリ３４を駆動するためのステップモータ３６などから構成されている。タイミングベルト３２の一部はキャリッジケース２２に固定されており、タイミングベルト３２を駆動することによって、ガイドレール３８に沿ってキャリッジケース２２を精度良く移動させることができる。

また、印刷媒体２の紙送りを行うプラテンローラ４０は、図示しない駆動モータやギア機構によって駆動されて、印刷媒体２を副走査方向に所定量ずつ紙送りすることが可能となっている。これらの各機構は、インクジェットプリンタ１０に搭載されたプリンタ制御回路５０によって制御されており、こうした各機構を用いて、インクジェットプリンタ１０は、印刷媒体２を紙送りしながら噴射ヘッド２４を駆動してインクを噴射することによって、印刷媒体２上に画像を印刷していく。

図２は、噴射ヘッド２４の内部の機構を詳しく示した説明図である。図示されている様に、噴射ヘッド２４の底面（印刷媒体２に向いている面）には、複数の噴射口１００が設けられており、それぞれの噴射口１００からインク滴を噴射することが可能となっている。各噴射口１００はそれぞれインク室１０２に接続されており、インク室１０２には、インクカートリッジ２６から供給されたインクが満たされている。各インク室１０２の上には、それぞれピエゾ素子１０４が設けられており、ピエゾ素子１０４に電圧を印加すると、ピエゾ素子が変形してインク室１０２を加圧することによって、噴射口１００からインク滴を噴射することが可能となっている。また、ピエゾ素子１０４は、印加する電圧の電圧値に応じて変形量が変わるので、ピエゾ素子１０４に印加する電圧を適切に制御すれば、インク室１０２を押す力や押すタイミングを調節して、噴射するインク滴のサイズを変更することが可能である。このため、インクジェットプリンタ１０は、電圧を次の様な波形に形成してからピエゾ素子１０４に印加している。

図３は、ピエゾ素子に印加する電圧波形（駆動電圧波形）を例示した説明図である。図示されている様に、駆動電圧波形は、時間の経過とともに電圧が上昇し、その後降下して元の電圧値に戻る台形状の波形をしている。また、図中には、こうした駆動電圧波形に応じてピエゾ素子が伸縮する様子が示されている。図示されている様に、駆動電圧波形の電圧値が上昇していくと、これに対応して、ピエゾ素子が徐々に収縮していく。このとき、ピエゾ素子に引っ張られる様にしてインク室が膨張するので、インクカートリッジからインク室内にインクを供給することができる。電圧値が上昇してピークに達した後、電圧値が降下していくと、今度は、ピエゾ素子が伸張することによって、インク室を圧縮して噴射口からインクを噴射する。このとき、駆動電圧波形は、元の電圧値（図中「初期電圧」と示した電圧値）よりも低い電圧値まで下がるようになっており、ピエゾ素子を初期状態よりも伸張させてインクを十分に押し出すことが可能となっている。その後、駆動電圧波形は初期電圧へと戻り、これに対応して、ピエゾ素子も初期状態へと戻って次の動作に備える。

この様に、ピエゾ素子は、駆動電圧波形に応じて伸縮するので、適切な駆動電圧波形をピエゾ素子に印加することによって、噴射口１００から噴射するインク滴のサイズを制御することが可能である。そこで、本実施例のインクジェットプリンタ１０は、こうした駆動電圧波形を適切に生成するための駆動電圧波形生成回路２００を備えている。

Ｂ．駆動電圧波形生成回路の構成 ：
図４は、駆動電圧波形生成回路およびその周辺の回路構成を示した説明図である。図示されている様に、駆動電圧波形生成回路２００は、電源ユニット２０２と、スイッチユニット２０４と、電源ユニット２０２およびスイッチユニット２０４を制御する制御回路２０６などから構成されている。電源ユニット２０２は、内部に８個の電源（図中、Ｖ１〜Ｖ８と示した電源）が備えられた電源モジュールであり、これらの各電源からそれぞれ電圧を出力することが可能となっている。また、この８個の電源は、出力する電圧の電圧値が互いに異なっており、電源Ｖ１の電圧値が最も低く、電源Ｖ８に向かって電圧値が段々に高くなっていき、電源Ｖ８が最も高い電圧を出力するようになっている。尚、電源Ｖ１〜電源Ｖ８は、電圧を発生可能であればどのような電源であってもよく、例えば、定電圧回路などの電源回路を用いてもよいし、あるいは、電池やキャパシタなどの蓄電素子を用いてもよい。

電源ユニット２０２の各電源の出力は、スイッチユニット２０４へと接続されており、スイッチユニット２０４の各スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を操作して８個の電源を切り替えることによって、電圧波形を生成することが可能となっている。例えば、スイッチＳＷ１のみをＯＮにして他のスイッチをＯＦＦにした状態では、電源Ｖ１のみが接続されているので、駆動電圧波形生成回路２００からは電源Ｖ１の電圧値が出力される。その状態から、今度はスイッチＳＷ２をＯＮにして他のスイッチをＯＦＦにすると、今度は、電源Ｖ２の電圧値が出力される。同様に、ＳＷ３をＯＮして他のスイッチをＯＦＦにすれば、今度は電源Ｖ３の電圧値が出力される。こうして、スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ８までを順にＯＮにしていけば、電源Ｖ１の電圧値から電源Ｖ８の電圧値まで電圧が上昇する電圧波形を出力することが可能となる。

尚、スイッチユニット２０４には、図示されている様に、電源ユニット２０２だけでなく、可変電源２１０も接続されている。可変電源２１０は、出力する電圧値を外部から指定可能な電源回路であり、制御回路２０６からの指示に従って指定された電圧値の電圧を出力することが可能となっている。本実施例の駆動電圧波形生成回路２００では、電源ユニット２０２の各電源の電圧を出力可能なだけでなく、スイッチユニット２０４のスイッチＳＷ０をＯＮの状態にすることによって、可変電源２１０の電圧を出力することも可能となっている。この可変電源２１０を用いる動作については、後で詳しく説明する。

駆動電圧波形生成回路２００が出力した電圧波形は、図示されている様に、ゲートユニット３００へと導かれる。ゲートユニット３００は複数のゲート素子３０２が並列に接続された構成となっており、それぞれのゲート素子３０２の先にはピエゾ素子１０４が接続されている。各ゲート素子３０２は、個別に導通状態または切断状態とすることが可能となっており、インクを噴射しようとする噴射口のゲート素子３０２だけを導通状態にすれば、対応するピエゾ素子１０４だけに電圧を印加して、その噴射口からインク滴を噴射することが可能となっている。

また、駆動電圧波形生成回路２００とゲートユニット３００とは、それぞれプリンタ制御回路５０に接続されており、プリンタ制御回路５０の命令に従って駆動されるようになっている。プリンタ制御回路５０は、これらの回路構成を用いて、次のようにしてインク滴を噴射する。まず、印刷しようとする画像データに基づいて、インク滴を噴射する噴射口と、噴射するインク滴のサイズとを決定する。更に、噴射するインク滴のサイズに応じて、そのサイズのインク滴を噴射するための電圧波形（駆動電圧波形）を決定する。そして、ゲートユニット３００に命令を送ってその噴射口に対応するゲート素子３０２を導通状態にさせるとともに、駆動電圧波形生成回路２００に対して、決定した電圧波形のデータを送信する。これを受けて、駆動電圧波形生成回路２００は、スイッチユニット２０４を順次切り替えていくことによって、指定された駆動電圧波形を生成し、ゲート素子３０２を介して指定された噴射口のピエゾ素子１０４へと駆動電圧波形を印加する。これにより、目的の噴射口から目的のサイズのインク滴が噴射される。

この様に、本実施例のインクジェットプリンタ１０は、駆動電圧波形生成回路２００で駆動電圧波形を生成し、駆動電圧波形をゲートユニット３００を介してピエゾ素子に印加することによって、噴射口からインク滴を噴射する。また、駆動電圧波形生成回路２００は、上述した様に、スイッチユニット２０４の各スイッチを操作して電源を切り替えることによって、駆動電圧波形を生成している。ここで、駆動電圧波形を生成する際にトランジスタなどの増幅素子を用いたのでは、前述した様に増幅素子での損失（コレクタ損失など）が生じてしまうので、消費電力が大きくなってしまったり、損失により生じた熱を逃がすための放熱板が必要となって装置が大型化してしまう。これに対して、本実施例の駆動電圧波形生成回路２００では、複数の電源をスイッチで切り替えて駆動電圧波形を生成しているため、増幅素子での損失が生じることがなく、省電力化が可能となっている。更に、放熱板などの放熱装置を省略することも可能なので、装置を小型化することも可能となる。

もっとも、電源を切り替えて電圧波形を生成する上述した方法では、生成される電圧波形の電圧が階段状に変化してしまうので、波形制度の点では増幅素子を用いた方法におよばない。前述した様に、インクジェットプリンタ１０は、駆動電圧波形でピエゾ素子を駆動させることによって噴射するインク滴のサイズを制御しているので、正確な波形を生成することができなければ、インク滴のサイズを正確に制御することが困難となる。しかし上述した構成を有する本実施例の駆動電圧波形生成回路２００では、以下の様な方法で駆動電圧波形を生成することにより、省電力かつ小型化可能という利点を損なうことなく、正確な電圧波形を生成可能としている。

Ｃ．駆動電圧波形印加処理 ：
図５は、本実施例の駆動電圧波形印加処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、プリンタ制御回路５０からの命令に従って駆動電圧波形を生成するための処理であり、プリンタ制御回路５０から命令を受けると、駆動電圧波形生成回路２００の制御回路２０６において実行される処理である。尚、こうした処理は、制御回路２０６内にマイコンチップ等のＣＰＵを設けておき、その上でソフトウェアを実行することによって実現するものとしてもよいし、あるいは、いわゆるＡＳＩＣなどの専用ハードウェアを用いて実行するものとしてもよい。前述した様に、プリンタ制御回路５０は、発生させる駆動電圧波形の波形データを制御回路２０６に向かって送信してくるので、駆動電圧波形印加処理を開始したら、先ず、送られてきた波形データを読み込む処理を行う（ステップＳ１００）。

図６は、プリンタ制御回路から送信される波形データを例示した説明図である。図示されている様に、波形データは、発生させる駆動電圧波形が記録されたデータであり、波形データには、駆動電圧波形が「通常領域」と「精密領域」との２種類の領域に分類された状態で記録されている。尚、本実施例の駆動電圧印加処理では、駆動電圧波形をこうした２種類の領域に分類して取り扱うことによって、電力消費を抑制しつつ正確な駆動電圧波形を印加することを可能としている。この点については後で詳しく説明する。また、「通常領域」および「精密領域」は、駆動電圧波形に対してどのように設定されていてもよいが、本実施例では説明を簡単にするために、図示されている様に、電圧値がピークに達する部分が「精密領域」に設定されており、その他の部分は「通常領域」に設定されているものとして説明する。

波形データを取得したら、前述した様に、波形データに従いながらスイッチユニット２０４を操作して電源ユニット２０２の各電源を切り替えていくことによって、駆動電圧波形を生成することができる。とはいえ、電源ユニット２０２内に設けられた８つの電源を切り替えただけでは、電圧値を８段階に変更できるだけなので、出力可能な波形の精度は決して高いものではない。そこで、本実施例の駆動電圧波形印加処理では、電源ユニット２０２の各電源（ここでは８つ）に加えて、可変電源２１０を用いて駆動電圧波形を生成する。そして、駆動電圧波形の中の「通常領域」については電源ユニット２０２の各電源を用いて波形を生成し、「精密領域」については可変電源２１０を用いて正確に波形を生成することで、省電力化および小型化が容易という利点を保ったまま、実質的な波形精度の向上をはかっているのである。

そこで、図５に示した駆動電圧波形印加処理では、波形データを読み込むと（図５のステップＳ１００）、その中から精密領域の電圧値を取得する（ステップＳ１０２）。例えば、図６の例では、波形のピークの部分に精密領域が設定されているので、図中「Ａ」と示したピークの部分の電圧値を取得すればよい。精密領域の電圧値を取得したら、取得した電圧値を可変電源２１０へと設定することによって、可変電源２１０から精密領域の電圧値を発生させる。尚、可変電源２１０としては、種々の回路構成を用いることが可能であるが、簡単には、次に示す様に、２つのトランジスタを使用したいわゆるプッシュプル回路を用いればよい。

図７は、プッシュプル回路を用いた可変電源を例示した説明図である。図示されている様に、プッシュプル回路では、出力端子がトランジスタＴｒ１を解して電源端子（図中「Ｖｃｃ」と示した端子）に接続されており、更に、トランジスタＴｒ２を解してＧＮＤにも接続されている。トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２は、ドライブ回路に接続されており、ドライブ回路は、外部から設定された電圧値に応じてトランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２を操作することによって、設定された電圧値の電圧を出力する。例えば、トランジスタＴｒ１を操作すれば、トランジスタＴｒ１を介して電源端子と出力端子とを接続することができるので、出力電圧値を上昇させることが可能となる。その一方で、トランジスタＴｒ２を操作すれば、出力端子をＧＮＤに接続することができるので、電圧値を降下させることが可能となる。この様に、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２を操作することによって、電圧を上昇あるいは降下させて所望の電圧値の電圧を出力することが可能となっている。また、図中に一点鎖線で示した様に、出力電圧をドライブ回路にフィードバックして出力電圧を監視することとすれば、出力電圧をより正確に制御することも可能となる。

こうした可変電源２１０に電圧値を設定して精密領域の正確な電圧値を発生させた状態で（図５のステップＳ１０４）、スイッチユニット２０４で各スイッチを切り替えることによって、電圧波形を生成すればよい。すなわち、通常領域では、前述した様に、スイッチユニット２０４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８の各スイッチを順にＯＮの状態にしていくことによって、電源ユニット２０２の各電源を用いて電圧波形を生成していき、精密領域では、スイッチＳＷ０をＯＮの状態にすることによって、可変電源２１０から出力させた正確な電圧値の電圧を印加すればよい。通常領域と精密領域とを切り替えるタイミングは、先に読み込んだ波形データ（図６を参照）から取得することが可能である。

一方、通常領域においても、電源ユニット２０２の８個の電源を順次切り替えていくが、この切り替えのタイミング（スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ８を操作するタイミング）は、予め所定の時間間隔（例えば１マイクロ秒間隔）に定めておけばよい。もっとも、このタイミングについても適切に調整してやれば、電圧波形をより正確に生成することが可能となる。そこで、本実施例では、通常領域と精密領域とを切り替えるタイミングだけでなく、電源ユニット２０２の８個の電源を切り替えるタイミングも適切に制御するために、スイッチユニット２０４の操作タイミングが記録されたデータ（スイッチタイミングデータ）を取得する（図５のステップＳ１０６）。

図８は、スイッチタイミングデータを例示した説明図である。図示されている様に、スイッチタイミングデータは、ＯＮの状態にするスイッチと、ＯＮの状態にするタイミングおよびＯＮの状態にしておく時間間隔とが記述されたデータである。例えば、図８に示されている例では、スイッチユニット２０４の操作を開始すると、まず、スイッチＳＷ３をＯＮにする。そして、指定された時間（図中「ｔ１」と示した時間）が経過したら、今度は、次に指定されているスイッチＳＷ４をＯＮにして、他のスイッチをＯＦＦにする。その後、指定された時間（図中「ｔ２」と示した時間）が経過したら、その次に指定されているスイッチＳＷ５をＯＮにして他のスイッチＯＦＦにする。その後も同様に、時間の経過に沿って指定されたスイッチを操作していけばよい。また、通常領域から精密領域に切り替わるタイミングでは、スイッチＳＷ０（可変電源２１０に接続されたスイッチ）をＯＮにするようにスイッチタイミングデータを設定しておく。こうすれば、スイッチタイミングデータに従ってスイッチを操作していくことによって、適切なタイミングで通常領域から精密領域へ切り替えることも可能となる。

こうしたスイッチタイミングデータは、プリンタ制御回路５０から取得するものとしてもよいし、制御回路２０６のＲＯＭ上に予め記憶しておき、ＲＯＭから読み出して取得するものとしてもよい。例えば、プリンタ制御回路５０が画像データに基づいて駆動電圧波形を決定する際に（図４を参照）スイッチタイミングデータを生成し、波形データと共に制御回路２０６へ送信してくるものとしてもよい。あるいは、制御回路２０６が複数種類のスイッチタイミングデータを予め記憶しておき、プリンタ制御回路５０がその中から使用するスイッチタイミングデータを指定するものとしてもよい。こうすれば、発生させる駆動電圧波形に応じて適切なスイッチタイミングデータを用いることができるので、適切なタイミングでスイッチを切り替えて駆動電圧波形をより正確に発生させることが可能となる。こうしてスイッチタイミングデータを取得したら、実際にスイッチを操作することによって、駆動電圧波形をピエゾ素子に印加する（図５のステップＳ１０８）。

図９は、スイッチユニット２０４を操作することによって駆動電圧波形をピエゾ素子に印加する様子を示した説明図である。前述した様に、スイッチタイミングデータにはＯＮの状態にするスイッチが指定されているので、これに従って指定されたスイッチをＯＮにし、他のスイッチをＯＦＦにしていく。図示されている例では、最初にスイッチＳＷ３をＯＮにするように指定されているので、スイッチＳＷ３をＯＮにして他のスイッチをＯＦＦにしている。スイッチＳＷ３は電源ユニット２０２の電源Ｖ３に接続されているので（図４を参照）、図９のグラフに示されている様に、電源Ｖ３の電圧値（図中「Ｖ３」と示した電圧値）が出力されてピエゾ素子に印加される。

電圧を印加した後、時間が経過してスイッチを切り替えるタイミングがきたら、再びスイッチタイミングデータに従ってスイッチを切り替える。図示されている例では、次にスイッチＳＷ４をＯＮにするように指定されているので、スイッチＳＷ４をＯＮにして他のスイッチをＯＦＦにする。これにより、図示されている様に、ピエゾ素子には、電源Ｖ４の電圧値（図中「Ｖ４」と示した電圧値）に等しい電圧が印加される。このようにスイッチタイミングデータに従ってスイッチを順次操作していくことにより、駆動電圧波形をピエゾ素子に印加していくことができる。また、前述した様に、駆動電圧波形の中の精密領域に対応する部分では、可変電源２１０に接続されたスイッチＳＷ０をＯＮにするように指定されているので、精密領域では、可変電源２１０が出力した正確な電圧をピエゾ素子に印加することが可能となっている。

こうして駆動電圧波形をピエゾ素子に印加し、噴射口からインク滴を噴射させたら、制御回路２０６は、図５の駆動電圧波形生成処理を終了して、プリンタ制御回路５０から再び命令を受けるまで待機する。前述した様に、プリンタ制御回路５０は、印刷する画像データに基づいて、インクを噴射する噴射口とピエゾ素子に印加する電圧波形とを次々と決定していくので、制御回路２０６は、これに応じて、駆動電圧波形生成回路２００を用いて電圧波形を生成し、ピエゾ素子に印加してインク滴を噴射していく。こうした動作を繰り返すことによって、インクジェットプリンタ１０は、印刷媒体２上に画像を印刷していく。

この様に、本実施例の駆動電圧波形印加処理では、プリンタ制御回路５０から波形データを受け取ると、精密領域の電圧を可変電源２１０から出力し（図５のステップＳ１０４）、スイッチユニット２０４を操作することによって、通常領域では電源ユニット２０２の各電源を用いて電圧波形を印加し、精密領域では可変電源２１０を用いて電圧波形を印加している。以下では、この様にして電圧波形を生成することで、電力消費を抑制しつつ、ピエゾ素子を適切に制御して正確なサイズのインク滴を噴射することが可能となる点について説明する。

図１０は、本実施例の駆動電圧波形印加処理によって、電力消費を抑制しつつ、ピエゾ素子を適切に制御して正確なサイズのインク滴を噴射可能となる理由を示した説明図である。図示されている様に、本実施例の駆動電圧波形印加処理によって印加された波形は、精密領域では電圧値が正確に制御されているものの、通常領域では電圧が階段状に変化しており、全体が精度良く制御された波形とはなっていない。しかし、電圧波形によってピエゾ素子を駆動する場合、電圧波形を精度良く制御したい部分と、実際には精度があまり要求されない部分とがあると考えられることから、こうした電圧波形であっても正確なサイズのインク滴を噴射することが可能である。例えば、図３を用いて前述した様に、インク滴を噴射する際には、ピエゾ素子を駆動してインク室内にインクを引き込んだ後、インク室を収縮させることによってインク滴を噴射している。従って、インク滴のサイズは、インク室内にインクを引き込む過程よりも、インク室内に引き込んだインク量に大きく影響される。このことは、インク室内にインクを引き込む過程の電圧波形の制度はあまり高くなくても、インクを最大に引き込んだ状態でピエゾ素子に印加される最大電圧値を精度良く制御しておけば、正確なサイズのインク滴を噴射可能であることを示している。そこで、精度が要求される最大電圧値を精密領域に設定して、可変電源２１０を用いて電圧を精度良く制御することとし、一方、精度が要求されない途中の過程の領域は通常領域に設定して、複数の電源を切り替えて階段状の電圧波形を生成することとすれば、電力消費を抑制しつつ、ピエゾ素子を適切に制御して正確なサイズのインク滴を噴射することが可能となる。

また、精度が要求される部分と精度が要求されない部分とがあるという性質は、上述したインク室にインクを導く動作に限られず、電圧波形によってピエゾ素子を駆動するその他の動作についてもあてはまる場合が多い。こうした場合も、正確に制御すべき部分を精密領域に設定しておき、精度が要求されない部分を常領域に設定しておけば、通常領域では電力消費を抑制可能となるとともに、精密領域ではピエゾ素子を正確に制御してインク滴を正確に噴射することが可能となる。このように、本実施例の駆動電圧波形印加処理では、駆動電圧波形の必ずしも全ての領域を同じような高い精度で制御する必要があるわけではないことに着目して、駆動電圧波形の精密領域と通常領域とを別個の方法によって電圧印加することにより、電力消費を抑制可能としながら、なお且つ、インク滴を精度良く噴射することが可能となっている。

また、本実施例のインクジェットプリンタ１０では、精度が要求されない部分で電源ユニット２０２の各電源を用いていることから、電源ユニット２０２の各電源には、簡素な構成の電源を用いることも可能となっている。例えば、コンデンサなどの蓄電素子を電源として用いることも可能である。こうした電源を用いた場合、蓄積されている電荷の量や、温度や湿度などの周囲の環境によって出力電圧値が変動することがあるが、これらの電源は精度が要求されない部分に用いられ、精度が必要な精密領域では可変電源２１０によって正確な電圧を印加するので、こうした環境の変化があったとしても、ピエゾ素子を正確に制御してインク適のサイズを正確に制御することが可能である。このため、こうした簡素な構成の電源を用いることによって、装置構成をより簡素化することも可能となっている。

更に、本実施例のインクジェットプリンタ１０は、可変電源２１０によって精密領域の電圧値を調節できることから、環境の変化や装置自体の経年変化などによってピエゾ素子やインク室内のインクの特性が変化した場合であっても、インクを精度良く噴射することが可能となっている。すなわち、可変電源２１０によって電圧を調節してやれば、精密領域においては、ピエゾ素子の動作を調整してこれらの特性の変化の影響を低減させることが可能である。そして、前述した様に、精密領域はインクを正確に噴射する上で重要な部分なので、精密領域でこれらの変化の影響を低減させておけば、通常領域で多少の影響があってもインクを正確に噴射することが可能となる。このため、こうした特性の変化があった場合でも、インクを精度良く噴射することが可能となっている。

このように、本実施例のインクジェットプリンタ１０では、環境変化や経年変化の影響を受けずに安定してインク滴を正確に噴射することも可能となるので、インクジェットプリンタ１０を、様々な環境下で使用することも可能となっている。また、電力消費が抑制されていることから、インクジェットプリンタ１０をバッテリーなどの携帯用の電源を用いて駆動することも可能である。従って、本実施例のインクジェットプリンタ１０を持ち運んで様々な場所で使用することも可能となっている。

尚、上述した実施例では、説明を簡単にするために、精密領域は駆動電圧波形の中に一箇所だけ設定されているものとして説明した（図６を参照）。しかし、精密領域は一箇所に限られず、複数の箇所に設定されていてもよい。例えば、図１１に示した例では、駆動電圧波形の電圧値が最大値に達する部分と、最小値に達する部分とに精密領域が設定されている。図３を用いて前述した様に、電圧値が最大値に達する部分は、ピエゾ素子が収縮してインク室１０２内にインクを導いた状態に対応しており、電圧値が最小値に達する部分は、ピエゾ素子が伸張してインク室を押し潰した状態に対応しているので、この部分もインク滴のサイズに影響を与える。従って、電圧の最大値および最小値を正確に制御してやれば、ピエゾ素子が押し出すインクの量をより正確に制御することが可能となり、その結果、より正確なサイズのインク滴を噴射することが可能となる。

また、精密領域は、必ずしも最大値や最小値の部分に設定しておく必要はなく、必要に応じて適切な部分に設定しておけばよい。例えば、噴射するインク滴のサイズやインクの粘度等によっては、電圧が最大値や最小値に達する部分ではなく、別の部分で電圧を正確に制御した方が好ましい場合もある。こうした場合には、最大値や最小値ではなく、精度が必要な部分に精密領域を設定しておけばよい。例えば、図１２に示されている様に、電圧が変化している部分に設定しておくことも可能である。前述した様に、可変電源２１０は、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２を制御することによって出力する電圧値を自在に制御することができるので（図７を参照）、こうした電圧値が変化していく部分であっても電圧値を正確に出力することが可能である。また、電圧値が変化していく部分を正確に制御すれば、ピエゾ素子がインク室を圧縮する速度や力などを正確に制御することができるので、インク滴をより正確に噴射することが可能となる。

更には、精密領域を、駆動電圧波形の電圧値の範囲に対して設定しておくものとしてもよい。例えば、図１３に示されている様に、駆動電圧波形の最大値の周囲の一定の電圧範囲に精密領域を設定しておくものとしてもよい。こうした場合も、精密領域では、可変電源２１０を用いることによって、正確な電圧値を出力してインク滴を正確に噴射することが可能となる。

尚、上述した実施例では、スイッチユニット２０４を操作して電源ユニット２０２と可変電源２１０とを切り替えるタイミングは、スイッチタイミングデータ（あるいは波形データ）に指定されているものとして説明した。しかし、この様に予め指定されたタイミングで電源を切り替えるのではなく、駆動電圧波形生成回路２００から実際に出力された電圧値をモニターすることによって、切り替えるタイミングを決定することとしてもよい。例えば、図１４に示されている様に、通常領域と精密領域との境目付近に閾値（閾電圧値）を設定しておき、駆動電圧波形生成回路２００から出力されている電圧値をモニターして閾電圧値と比較する。駆動電圧波形の生成を開始すると、出力電圧値が徐々に上昇していき、やがて精密領域に差し掛かって出力電圧値が閾電圧値を超えるので、モニターしていた電圧値が閾電圧値を越えたことを検出したら、そのタイミングで可変電源２１０へと切り替える。こうすれば、実際に出力した電圧波形に基づいて切り替えるタイミングを決定することができるので、たとえピエゾ素子に大きな電流が流れる等の理由によって電圧波形に歪が生じたとしても、適切なタイミングで電源ユニット２０２と可変電源２１０とを切り替えることが可能となり、その結果、ピエゾ素子を的確に制御してインク滴を正確に出力することが可能となる。

Ｄ．第２実施例の駆動電圧波形生成回路 ：
上述した実施例では、可変電源２１０を電源ユニット２０２とは別に用意しておき、可変電源２１０を用いて精密領域の電圧値を出力するものとして説明した（図４を参照）。しかし、可変電源２１０を用いずに、電源ユニット２０２の電源を用いて精密領域の電圧値を出力することも可能である。例えば、図１５に例示されている駆動電圧波形を出力する場合には、精密領域の電圧値が電源ユニット２０２の電源Ｖ８の電圧値（図中「Ｖ８」と示した電圧値）よりも低いので、電源Ｖ８の電圧を精密領域の電圧値まで電圧降下させることによっても、精密領域の電圧値を精度良く出力することが可能である。以下では、こうした方法によって精密領域の電圧値を出力する第２実施例の駆動電圧波形生成回路について説明する。

図１６は、電源ユニットの電源が出力した電力を電圧降下させることによって精密領域の電圧値を出力する第２実施例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第２実施例の駆動電圧波形生成回路２００では、電源ユニット２０２の各電源の出力が、切り替えスイッチ（図中「Ａ」と示したスイッチ）に接続されており、切り替えスイッチの一方は、そのまま噴射ヘッドのピエゾ素子へと接続され、もう一方は、電圧降下部２１２を経由してからピエゾ素子へと接続されている。電圧降下部２１２は、制御回路２０６の指示に従って動作するようになっており、電力が供給されると、制御回路２０６に指示された電圧値だけ電圧を降下させてから、電力をピエゾ素子へと出力する。

精密領域の電圧を出力する際には、切り替えスイッチを電圧降下部２１２側に切り替えると共に、降下させる電圧値を電圧降下部２１２に指示する。こうすると、電源ユニット２０２の電源から出力された電圧を所望の電圧値の電圧に降下させることができるので、正確な電圧値の電圧をピエゾ素子へ印加することが可能となる。一方、通常領域では、切り替えスイッチをピエゾ素子の側に切り替えれば、電源ユニット２０２の各電源の電圧を直接ピエゾ素子に印加できるので、前述した実施例と同様に、電源ユニットの各電源を切り替えながらピエゾ素子に接続することによって、電力消費を抑制しながら電圧を印加することが可能となる。この様に、第２実施例の駆動電圧波形生成回路においても、通常領域では電源を切り替えながら電圧を印加することが可能となっており、精密領域では正確な電圧を印加することが可能となっているので、電力消費を抑制しつつ、インク滴を正確に噴射することが可能となっている。

尚、電圧降下部２１２は、電圧を降下させることが可能であればどのような回路構成を用いてもよいが、次の図１７に示す回路構成を用いるとより好適である。

図１７は、電圧降下部２１２の回路構成を例示した説明図である。図示されている様に、電圧降下部２１２は、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２の２つのＦＥＴ素子を介して、電源ユニットから供給された電圧を噴射ヘッドへと出力する構成となっている。２つのＦＥＴ素子は制御部２１４によって操作されるようになっており、制御部２１４は、降下させる電圧値を制御回路２０６から指定されると、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２を操作することによって電圧を降下させる。例えば、電源Ｖ８の電圧値を降下させる場合には、まず、電圧降下部２１２内のスイッチを操作してＦＥＴ１のゲート端子に電圧を印加する（図１７の上側の図を参照）。これにより、ＦＥＴ１が導通状態となるので、図中に一点鎖線で示されている様に、電源Ｖ８から噴射ヘッドのピエゾ素子に向かって電流が流れる。ここで、ＦＥＴ１の内部には電気抵抗があるので、いわゆるオームの法則に従って、ＦＥＴ１の電気抵抗と流れた電流との積に相当する電圧値の分だけ、電圧が降下する。ＦＥＴ１の内部の電気抵抗は、ＦＥＴ１のゲート端子に印加する電圧値によって制御することが可能なので、図示されている様に、制御部２１４がオペアンプＯＰを介してゲート端子の電圧値を調整することによって、ＦＥＴ１の電気抵抗を制御し、所望の電圧値だけ電圧を降下させて、精密領域の電圧値を正確に出力することが可能となっている。

また、ピエゾ素子に電流が供給されていくと、ピエゾ素子の電圧が上昇して電源Ｖ８の電圧との差が小さくなり、次第に電流が流れ難くなる。上述した様に、ＦＥＴ１は電流と電気抵抗との積に相当する分の電圧値を降下させるので、電流が流れ難くなった場合、電圧を降下させることが困難になる場合がある。そこで、こうした場合には、図１７の下側の図に示されている様に、電源Ｖ７に接続された電圧降下部２１２のＦＥＴ２を導通状態にしてやればよい。ＦＥＴ２に接続された電源Ｖ７は、電源Ｖ８よりも電圧が低いので、電源Ｖ８から電源Ｖ７に向かって電流が流れ、結果としてＦＥＴ１に電流を流すことが可能となる。これにより、所望の電圧値だけ電圧を降下させて精密領域の電圧値を正確に出力することが可能となる。

この様に、図１７に示した回路構成では、ＦＥＴ素子を用いて電気抵抗を制御することによって、精密領域の電圧値を正確に出力可能としている。一般に、電気回路では、回路全体の静電容量や誘導係数によって定まる種々の特性（例えば、周波数特性や時定数）が存在するが、電気抵抗を変更しても、これらの特性は大きく変わることがない。このため、回路特性の変化により電圧波形が乱れてしまう等の不具合を生じる虞が無く、精度の高い電圧波形を確実に印加することが可能となっている。また、ＦＥＴ素子は、ゲート電圧を調整することで電気抵抗を容易に制御することが可能であり、複雑な制御回路を必要としないので、図１７の回路構成を用いれば、装置構成をより簡素に保つことも可能となる。

尚、電圧降下部２１２は、電源Ｖ１〜電源Ｖ８の全ての電源に設けておくのではなく（図１６を参照）、一つだけ設けておくことも可能である。例えば、図１８に示されている様に、スイッチユニット２０４の各出力を並列に接続した後に、切り替えスイッチ（図中「Ａ」と示したスイッチ）を介して電圧降下部２１２を設けておく。精密領域の電圧値を出力する際には、スイッチユニット２０４を操作して電源を選択するとともに、切り替えスイッチを電圧降下部２１２の側に切り替えればよい。たとえば、電源Ｖ８の電圧を降下させる場合には、スイッチＳＷ８をＯＮの状態にして電源Ｖ８を選択した上で、切り替えスイッチを電圧降下部２１２側に切り替えて電源Ｖ８の電圧を降下させればよい。こうすれば、電圧降下部２１２を一つだけ設けておけば良いので、装置構成をより簡素化することが可能となる。

また、電圧降下部を一つだけ設けた場合には、図１９に示されているように、電圧降下部２１２のＦＥＴ２をＧＮＤに接続しておくこととしてもよい。こうすれば、ピエゾ素子の電圧が上昇して電流が流れ難くなった場合であっても、ＦＥＴ２を介してＧＮＤに電流を流すことができるので、電流によって電圧を降下させて、精密領域の電圧値を正確に出力することが可能となる。

更には、スイッチユニット２０４と電圧降下部２１２との間の切り替えスイッチ（図１６および図１８に「Ａ」と示したスイッチ）を省略して、電源の電圧を常に電圧降下部２１２を介してピエゾ素子に出力することとしてもよい。前述した様に、電圧降下部２１２内のＦＥＴ１（図１７を参照）は電気抵抗を制御可能なので、ＦＥＴ１の電気抵抗を最も小さな状態に制御しておけば、電源がピエゾ素子に直接接続されている状況と電気的にほぼ同じ状況となる。このため、切り替えスイッチを用いなくても、電源の電圧をそのままピエゾ素子に供給することが可能となる。従って、切り替えスイッチを省略して回路の構成をより簡素化することも可能となる。これに対して、切り替えスイッチを備えておけば、スイッチを切り替えるだけで直ちに電源の電圧を直接印加することができ、ＦＥＴ１の電気抵抗を変更する時間が必要ないので、出力電圧をより高速に制御することが可能となる。

Ｅ．第３実施例の駆動電圧波形生成回路 ：
図２０は、電源ユニットの各電源にコンデンサを接続した第３実施例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第３実施例の駆動電圧波形生成回路は、おおまかには、前述した第２実施例の駆動電圧波形生成回路（図１６を参照）と同じ構成をしているが、電源ユニット２０２の各電源に、それぞれコンデンサＣ１〜Ｃ７が接続されている。こうした回路構成を用いると、ピエゾ素子に投入した電荷をコンデンサに回生させることも可能となり、その結果、電力消費をより抑制することが可能となる。こうした点について、図２１を参照しながら簡単に説明する。

図２１は、第３実施例の駆動電圧波形生成回路を用いて、ピエゾ素子に投入した電荷を回生する様子を示した説明図である。図２１（ａ）には、電荷の回生に伴ってピエゾ素子の電圧が変化する様子が示されている。前述した様に、電源ユニット２０２の電源Ｖ１〜電源Ｖ８を順に接続していくことによってピエゾ素子に電圧が印加されており、ピエゾ素子の電圧値は、図中に「ＶＰ」と示した電圧値まで上昇している。ここで、ピエゾ素子は容量性の負荷であるから、電圧が印加された状態では、ピエゾ素子の内部に電荷を蓄えた状態となっている。第３実施例の駆動電圧波形生成回路では、このピエゾ素子が蓄えた電荷を次のようにしてコンデンサへと回生していく。まず、図２１（ｂ）に示されている様に、スイッチユニット２０４を操作してコンデンサＣ７とピエゾ素子とを接続する。ピエゾ素子の電圧は、コンデンサＣ７の電圧（電源ユニットの電源Ｖ７の電圧にほぼ等しい電圧）よりも高いので、ピエゾ素子からコンデンサＣ７に向かって電荷が流れていく。これにより、ピエゾ素子の電荷をコンデンサＣ７へと回生させることが可能となる。

電荷がコンデンサＣ７へと流れていくと、図２１（ａ）に示されている様に、ピエゾ素子の電圧が徐々に低下していき、やがてコンデンサＣ７の電圧（図中「ＶＣ７」と示した電圧）と同じ電圧になる。この状態になると、ピエゾ素子からは電荷が流れ出さなくなるので、今度は、図２１（ｃ）に示されている様に、ピエゾ素子をコンデンサＣ６と接続する。コンデンサＣ６の電圧は、電源ユニット２０２の電源Ｖ６とほぼ同じ電圧になっており（図１１を参照）、ピエゾ素子の電圧（ＶＣ７）よりも低いので、今度は、ピエゾ素子からコンデンサＣ６へと電荷を回生させることが可能となる。

コンデンサＣ６へと電荷を回生させると、ピエゾ素子の電圧が低下していき、やがてコンデンサＣ６と同じ電圧になるので（図中「ｔ２」と示したタイミング）、今度は、ピエゾ素子をコンデンサＣ５へと接続すればよい。こうした動作を繰り返すことによって、ピエゾ素子の電荷をコンデンサＣ１〜Ｃ７に回生させることが可能となる。

こうしてコンデンサへと回生した電荷は、ピエゾ素子に電圧を印加する際に再び使用することが可能である。すなわち、コンデンサＣ１〜Ｃ７は、電源ユニットの各電源と並列に接続されているので（図２１を参照）、スイッチユニット２０４を操作してやれば、電源ユニットからだけではなく、各コンデンサからもピエゾ素子に電力を供給することができる。この様に、第３実施例の駆動電圧波形生成回路では、ピエゾ素子に供給した電荷をコンデンサへと回生し、更に、回生した電荷を再びピエゾ素子へと供給することが可能である。このため、ピエゾ素子に電圧を印加する度に電荷の全てを電源ユニットから供給しなくてもよいので、電力消費を抑制することが可能となっている。

尚、第３実施例の駆動電圧波形生成回路では、ピエゾ素子に供給した電力だけでなく、電圧降下部２１２を用いて精密領域の電圧値を出力した際（図１７を参照）に消費した電力についても、コンデンサに回生することが可能である。この点について、図２２を用いて簡単に説明する。

図２２は、電圧降下部２１２を用いた際に消費した電力を、コンデンサに回生する様子を例示した説明図である。前述した様に、電圧降下部２１２によって電圧を降下させる際には、電圧降下部２１２内のＦＥＴ１を介してピエゾ素子に電流を流すことによって電圧を降下させており（図２２の上側の図を参照）、また、ピエゾ素子の電圧が上昇した場合であっても電流が流れるように、ＦＥＴ２を介して電源Ｖ７へも電流を流している（下側の図を参照）。そこで、電源Ｖ７にコンデンサＣ７を接続しておけば、こうして流れてきた電流をコンデンサＣ７に蓄えることが可能となる。こうして蓄えた電力もピエゾ素子に電圧を印加する際に使用することができるので、電力消費をより抑制することが可能となる。

以上、本実施例の流体噴射装置について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、より大型の噴射ヘッドを備えた印刷装置（いわゆるラインヘッドプリンタ等）であってもよい。このような印刷装置の場合、噴射ヘッドが大型化することに伴ってピエゾ素子の数が増えるので、電力消費が大きくなり、延いては、放熱対策のために装置が大型化してしまう虞がある。そこで、本発明を適用すれば、消費電力を抑えて装置が大型化してしまう事態を回避することが可能となる。また、大型の噴射ヘッドから適切なサイズのインク滴を噴射することが可能となるので、高品質な画像を迅速に印刷することが可能となる。更に、精密領域の電圧を調整することによってピエゾ素子や噴射口の特性のバラつきを補正することとすれば、噴射口やピエゾ素子の数が増えても特性のバラつきによって画質が低下してしまうことがないので、噴射口の数を更に増やして画像をより迅速に印刷することも可能となる。

また、上述した実施例では、インクジェットプリンタのピエゾ素子を駆動する場合を例にとって説明したが、本実施例で説明した駆動電圧波形生成回路は、電圧波形に応じて駆動する種々の装置に適用することが可能である。例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどの電圧波形により駆動可能な表示装置に適用することも可能である。こうした種々の装置を駆動する場合も、駆動電圧波形には、精度が要求される部分と精度が要求されない部分とがあるので、精度が要求されない部分では電源を切り替えながら電圧を印加し、一方、精度が要求される部分では正確な電圧を印加することとすれば、電力消費を抑制することが可能となるとともに、装置を正確に制御することが可能となる。

インクジェットプリンタを例に用いて本実施例の流体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。 噴射ヘッドの内部の機構を詳しく示した説明図である。 ピエゾ素子に印加する電圧波形（駆動電圧波形）を例示した説明図である。 駆動電圧波形生成回路およびその周辺の回路構成を示した説明図である。 駆動電圧波形印加処理の流れを示したフローチャートである。 波形データを例示した説明図である。 プッシュプル回路を用いた可変電源を例示した説明図である。 スイッチタイミングデータを例示した説明図である。 スイッチユニット２０４を操作することによって駆動電圧波形をピエゾ素子に印加する様子を示した説明図である。 電力消費を抑制しつつ正確なサイズのインク滴を噴射可能となる様子を示した説明図である。 駆動電圧波形に精密領域を複数設定した様子を例示した説明図である。 電圧が変化している部分に精密領域を設定した様子を例示した説明図である。 駆動電圧波形の電圧範囲に対して精密領域を設けた様子を例示した説明図である。 出力電圧と閾電圧値とを比較することによって、切り替えタイミングを決定する様子を示した説明図である。 電源ユニットの電源の電圧を降下させることによって、精密領域の電圧値を精度よく出力する様子を示した説明図である。 電源ユニットの電源が出力した電圧を電圧降下させることによって、精密領域の電圧値を出力可能となる様子を概念的に示した説明図である。 電圧降下部の回路構成を例示した説明図である。 電圧降下部を一つだけ備えた駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。 電圧降下部２１２のＦＥＴ２をＧＮＤに接続した様子を示した説明図である。 電源ユニットの各電源にコンデンサを接続した第３実施例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。 第３実施例の駆動電圧波形生成回路を用いてピエゾ素子に投入した電荷を回生する様子を示した説明図である。 電圧降下部を用いた際に消費した電力を、コンデンサに回生する様子を示した説明図である。

符号の説明

１０…インクジェットプリンタ、 ２０…キャリッジ、 ２４…噴射ヘッド、
２６…インクカートリッジ、 ３０…駆動機構、 ４０…プラテンローラ、
５０…プリンタ制御回路、 １００…噴射口、 １０２…インク室、
１０４…ピエゾ素子、 ２００…駆動電圧波形生成回路、
２０２…電源ユニット、 ２０４…スイッチユニット、 ２０６…制御回路、
２１０…可変電源、 ３００…ゲートユニット、 ３０２…ゲート素子

Claims (4)

1. 噴射口から流体を噴射する流体噴射装置であって、
   印加される電圧に応じて前記流体を加圧することにより、前記噴射口から該流体を噴射させる駆動素子と、
   前記駆動素子に印加する駆動電圧波形を記憶している駆動電圧波形記憶手段と、
   互いに異なる電圧値の電力を出力する複数の電源を切り替えて前記駆動素子に接続することにより、該駆動素子に前記駆動電圧波形を印加する駆動電圧波形印加手段と
   を備え、
   前記駆動電圧波形は、電圧値を目標電圧値に対して所定の精度内に制御すべき目標波形部分と、それ以外の通常波形部分とから構成されており、
   前記駆動電圧波形印加手段は、前記目標波形部分では、前記電源の発生する電圧値を前記目標電圧値に対して前記所定精度内に制御した状態で前記駆動素子に接続する手段である流体噴射装置。
2. 前記目標波形部分は、前記駆動電圧波形の電圧値が極大値となる箇所または極小値となる箇所の少なくとも一方を含んだ波形部分である請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置であって、
   前記駆動電圧波形印加手段は、前記目標波形部分では、前記電源と前記駆動素子との間の電気抵抗値を制御することにより、該電源の電力を前記目標電圧値に対して前記所定の精度内に制御した状態で該駆動素子に印加する手段である流体噴射装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の流体噴射装置であって、
   前記駆動素子は、電気エネルギーを蓄積可能な素子であるとともに、
   前記複数の電源の中の少なくとも一つの電源には、電気エネルギーを蓄積可能な蓄電部が該電源と並列に接続されており、
   前記駆動電圧波形印加手段は、前記蓄電部が接続された電源を前記駆動素子に接続することにより、該駆動素子内の電気エネルギーを前記蓄電部に回生させる手段である流体噴射装置。

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